温度制御1 (PWM、オンオフ動作)
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PWMとは、Pulse Width Modulation の略で、直訳するとパルス幅変調となります。これは、周期
におけるONとOFFの比率を変えて制御する方法で、モータ制御や調光 (光の明るさを可変する) など
に使用されます。たとえば、LEDでは、電流をパルス状にして点灯時間を100%から50%にした場合、
見かけ上電流値を半分にしたのと同じように見えます。 このPWMで湯沸しポットの電源を操作し、お湯の温度を変えてみます。 ①操作の方法は「回路図2 (CPU部分)」よりのPWM出力を「回路図1 (SSR部分)」のPWM入力につなぎ、 「回路図1 (SSR部分)」のACソケットよりポットの電源を供給すると、ポットはPWMの出力で操作されます。 PWMの1周期は210ミリ秒で、オンで始まり、指定された位置 (%) でオフします。 ②温度監視はIC化温度センサーLM35DZ (「写真」のポットの側面、「回路図2」) で取った温度データを RS-232C (115200 8-N-1) で出力します。 測定温度範囲は 0.0～110.0℃です。 温度測定、PWMのオンオフ時間の設定 (%) 、RS-232Cの出力は1秒毎です。 実験してみます。 目標値 (50℃) >= 測定値 ならPWM オン時間100% 目標値 (50℃) < 測定値 ならPWM オン時間0% 上記の条件はオンオフ動作です。 実験時の「RS-232C (115200 8-N-1) での転送データ画面」、 実験結果の「RS-232C (115200 8-N-1) での転送データより作成されたグラフ」、 実験に使用した「ソフト」を下に記載しておきます。 |
写真
ナショナル電気ポット NC-525
1.2リットル 500W
回路図1 (SSR部分)
回路図2 (CPU部分)
RS-232C (115200 8-N-1) での転送データ画面
50.5, mv = -50 ..... 50.5℃ 電源スイッチをオフ
50.4, mv = -50 ..... 50.4℃ 電源スイッチをオフ
50.3, mv = -50 ..... 50.3℃ 電源スイッチをオフ
50.2, mv = -50 ..... 50.2℃ 電源スイッチをオフ
50.1, mv = -50 ..... 50.1℃ 電源スイッチをオフ
50.0, mv = 50 ..... 50.0℃ 電源スイッチをオン
49.9, mv = 50 ..... 49.9℃ 電源スイッチをオン
49.8, mv = 50 ..... 49.8℃ 電源スイッチをオン
49.7, mv = 50 ..... 49.7℃ 電源スイッチをオン
49.6, mv = 50 ..... 49.6℃ 電源スイッチをオン
49.5, mv = 50 ..... 49.5℃ 電源スイッチをオン
RS-232C (115200 8-N-1) での転送データより作成されたグラフ
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How to Compile (コンパイルのしかた) プログラム
/*
* temp_ctrl.c
*
* Created: 2017/03/14 19:53:56
* Author : User
*/
/*
* オンオフ動作
*
* ATmega328P
*
*
* Fuses(システムクロック:20MHz)
*
*
* ディホルト Int. RC Osc. 水晶 外部クロック
* DISABLED 2.7V 2.7V 2.7V
* 8/8MHz 8MHz
* EXTENDED 0xFF 0xFD 0xFD 0xFD
* HIGH 0xD9 0xD9 0xD9 0xD9
* LOW 0x62 0xE2 0xF7 0xE0
*/
#define _SV_ 50.0 /* 目標値 (℃)*/
#define _SPAN_ 100 /* 測定スパン (測定範囲の最大値と最小値の差) */
#include <stdio.h> /* sprintf() */
#include <string.h> /* strlen() */
#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>
///#define F_CPU 20.0E6 /* 20 MHz */
///#include <util/delay.h>
#define USEC 1024
#define round(x) ((x)>=0?(long)((x)+0.5):(long)((x)-0.5))
typedef struct t_systim
{
short utime; /* 上位16bit */
unsigned long ltime; /* 下位32bit */
} SYSTIM;
///void delay_us(unsigned short t){while(t--) _delay_us(1);}
///void delay_ms(unsigned short t){while(t--) _delay_ms(1);}
short ON_OFF(float SV, float PV);
void initADC(void);
void initTIMER(void);
void get_tim(SYSTIM *p_tim);
void initUSART0(void);
void Send0(char *str);
short ad_data;
SYSTIM SYSCK;
int main(void)
{
SYSTIM tim;
static unsigned long ot[2];
float ondo; /* 温度 (0.0 ～ 110.0℃) */
short mv; /* 偏差による操作量 (%) */
short pwm_on_time; /* PWMオン時間 (0、100%) */
long tmp;
char buff[32], buff2[8];
int len;
/* ATmega328P */
DDRB = 0b00000101; /* XTAL2 XTAL1 SCK MISO MOSI OC1B ----- LED */
DDRC = 0b00000000; /* xxxxx RESET ----- ----- ----- ----- ----- ----- */
DDRD = 0b00000000; /* ----- ----- ----- ----- ----- ----- TXD RXD */
PORTB = 0b00111010;
PORTC = 0b00111110;
PORTD = 0b11111100;
initADC();
initTIMER();
initUSART0();
/*
* WGM13 WGM12 WGM11 WGM10 動作種別 TOP値
* 1 1 1 1 高速PWM動作 OCR1A
*
* COM1A1 COM1A0 COM1B0 COM1B0
* 0 0 1 0 比較一致でLow、BOTTOMでHighをOC1Bピンへ出力(非反転動作)
*/
TCCR1A = 0b00100011; /* 一致時(OCR1B)Low, TOP->BOTTOM(OCR1A)でHighを */
/* OC1Bピンへ出力(非反転動作), 高速PWM動作 */
/// TCCR1B = 0b00011001; /* (1 / 20MHz) * 65535 = 3.3mS */
/// TCCR1B = 0b00011010; /* (8 / 20MHz) * 65535 = 26mS */
TCCR1B = 0b00011011; /* (64 / 20MHz) * 65535 = 210mS */
/// TCCR1B = 0b00011100; /* (256 / 20MHz) * 65535 = 839mS */
/// TCCR1B = 0b00011101; /* (1024 / 20MHz) * 65535 = 3355mS */
OCR1A = 0xffff; /* TOP->BOTTOMでHigh, 固定 */
OCR1B = 0; /* 一致時Low、可変(0はPWM出力on時間0%) */
sei();
Send0("START\r");
get_tim(&tim);
ot[0] = tim.ltime;
ot[1] = tim.ltime;
while(1){
get_tim(&tim);
if((unsigned long)(tim.ltime - ot[0]) >= 500000/USEC){ /* 500mS */
ot[0] = tim.ltime;
PORTB ^= 0b00000001;
}
get_tim(&tim);
if((unsigned long)(tim.ltime - ot[1]) >= 1000000/USEC){ /* 1S */
ot[1] = tim.ltime;
/* 情報伝達部 */
/* 温度を得る 例 12.3℃ */
ondo = 1100.0 * ad_data / 10230; /* 0.0～110.0℃ */
/* 情報伝達部 */
/* 偏差による操作量を得る (-50, 50) */
mv = ON_OFF(_SV_, ondo);
/* 電力制御部 */
if(mv >= 0) /* mv = 0 ～ 50% */
pwm_on_time = mv * 2; /* pwm_on_time = 0 ～ 100% */
else
pwm_on_time = 0; /* pwm_on_time = 0% */
tmp = round(65535.0 * pwm_on_time / 100.0);
if(tmp > 65535)
tmp = 65535;
OCR1B = (short)tmp;
/* 表示例 49.9, mv = 50 */
sprintf(buff2, "%ld", round(ondo * 10));
len = strlen(buff2);
buff2[len + 1] = buff2[len];
buff2[len] = buff2[len - 1];
buff2[len - 1] = '.';
sprintf(buff, "%s, mv = %d\r", buff2, mv);
Send0(buff);
}
}
}
/* SV 目標値
* PV 測定値
* 戻り値 偏差による操作量 (-50, 50)
*/
short ON_OFF(float SV, float PV)
{
float e; /* 偏差 (%) */
short mv; /* 偏差による操作量 (%) */
/* 偏差(%)を取得 */
e = 100.0 * (SV - PV) / _SPAN_;
if(e >= 0.0)
mv = 50;
else
mv = -50;
return mv;
}
void initADC(void)
{
ADCSRA = 0b10101111; /* AD変換ｲﾈｰﾌﾞﾙ, AD自動変換ｲﾈｰﾌﾞﾙ，AD変換割り込みｲﾈｰﾌﾞﾙ */
/* 1/128ｸﾛｯｸ(最大変換時間=200uS @16MHz, 156uS @20MHz) */
ADCSRB = 0b00000011; /* ﾀｲﾏ/ｶｳﾝﾀ0比較一致A */
ADMUX = 0b11000000; /* 基準電圧 = 1.1V(@atmega328p), 右詰, ｱﾅﾛｸﾞ入力 = ADC0 */
}
ISR(ADC_vect)
{
static long result;
static short counter;
result += ADC;
counter++;
if(counter >= 100){
counter = 0;
ad_data = (short)(result / 100);
result = 0;
}
}
void initTIMER(void)
{
TCCR0A = 0b00000010; /* CTC動作 */
TCCR0B = 0b00000100; /* clk / 256 */
OCR0A = 80 - 1; /* (256 / 20MHz) * 80 = 1024uS */
TIMSK0 = 0b00000010; /* 比較A割り込み要求有効 */
}
ISR(TIMER0_COMPA_vect)
{
if(++SYSCK.ltime == 0)
++SYSCK.utime;
}
void get_tim(SYSTIM *p_tim)
{
cli();
*p_tim = SYSCK;
sei();
}
void initUSART0(void)
{
UBRR0 = 21; /* U2X0 = 1, 115200ボー/20MHzクロック */
UCSR0A = 0b00000010; /* U2X0 = 1 */
UCSR0B = 0b00001000; /* 送信イネーブル */
UCSR0C = 0b00000110; /* 8ビット, パリティなし, ストップ・ビット1 */
}
/*
* 1データ送信
*/
void Tx0(char data)
{
while((UCSR0A & _BV(5)) == 0)
;
UDR0 = (unsigned char)data;
}
/*
* 文字列を送信
*/
void Send0(char *str)
{
while(*str != '\0'){
Tx0(*str);
str++;
}
}
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